石墨烯上的納米電子器件，為電子產品微型化開辟了新的途經
科學家們在電子器件微型化的道路上不斷前進，如今已可以將某些必要的電子器件（如二極管和隧道效應半導體結）在原子精度層面上結合于單個石墨烯線（納米帶）中。這項新突破由阿爾托大學、烏得勒支大學和代爾夫特理工大學的研究人員合作完成，試圖利用石墨烯的優勢創建出能以極快速度運行的電子設備，目前這項工作的成果已在《自然通訊》雜志上發表。
石墨烯被人們譽為“奇跡材料”，它有許多神奇的特性。為了能物盡其用，各地的研究人員正努力尋找各種新方法。就本項研究而言，石墨烯本身并不具備開啟和關閉電流所需的特性，因此，必須為此問題找到理想的解決方案。經過反復討論，阿爾托大學的Peter Liljeroth與烏得勒支大學的Ingmar Swart敲定了方案。對此，Peter Liljeroth解釋說，“我們試圖通過在原子精度層面制造石墨烯結構來解決控制電流的問題。通過選擇某些前體物質（分子），極準確地對電路結構進行編碼。”
上圖為石墨烯納米帶異質結構合成方法示意圖：前體分子通過化學合成轉化為石墨烯納米帶。（圖片來源：阿爾托大學、烏得勒支大學、代爾夫特理工大學）
石墨烯電子器件的無縫結合
石墨烯的電子性能可以通過將其制成石墨烯納米帶（非常窄的條帶）來控制。以前的研究表明，石墨烯納米帶的電子特性取決于其原子寬度，五個原子寬度的石墨烯納米帶與導電性很好金屬線相似，但加上兩個原子變成七個原子寬度又會使石墨烯納米帶具有半導體特性。Ingmar Swart表示：“我們現在能夠將五個原子寬度的石墨烯納米帶與七個原子寬度的石墨烯納米帶進行無縫結合，從而制備出金屬半導體結，這是電子元件的基本構件。”
上圖顯示為金屬半導體結（隧道勢壘）納入單個石墨烯納米棒后的微觀結構：納米帶的原子和電子結構可以用先進的原子分辨率級別的顯微技術探測。（圖片來源：阿爾托大學、烏得勒支大學、代爾夫特理工大學）
研究人員通過化學反應生成了含有電子器件的石墨烯結構。他們先將前體分子蒸發到金晶體上，然后使它們在控制下發生反應，產生新的化合物。Ingmar Swart總結說，“這與目前用于生產電子納米結構的方法不同，那些方法主要用于計算機芯片的生產。對于石墨烯而言，其結構需要精確到原子級別，并且通過化學途徑制備可能是唯一有效的方法。”
石墨烯電子器件的電子特性
研究人員利用先進的微觀技術來確定所得結構的電子特性和電子運輸特性。研究人員通過具有已知原子結構的石墨烯納米器件測量電流。Peter Liljeroth說：“這是我們次創建出隧道效應半導體結，并且真正了解到它的具體原子結構。另外，通過實時測量通過電子器件的電流，我們還可以定量地分析理論與實驗方面的差別。”
該研究毫無疑問將會為電子產品微型化打開新的局面，為生產更加微型的電子產品提供新的途徑。
